(57)【要約】  ピストン１は、燃焼室５３内にタンブル流Ｔが生成されるエンジン５０に用いられる。ピストン１はトップリング溝３と、上面外周部のうち、エンジン５０において隣り合う気筒に対向する位置に配置されるとともに、燃焼室５３内において、圧縮行程上死点後、少なくとも燃焼室５３における熱の移動量を示す熱流束が最も大きくなる位置を超えるまでの間、上死点においてトップリング溝３に対向する位置Ｐにまで至りシリンダ５１ａの壁面を露出させないように、盛り上がった形状に形成された部分１０を有している。
2011135720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に旋回気流が生成される多気筒エンジンに用いられ、
トップリング溝と、
上面外周部のうち、前記多気筒エンジンにおいて隣り合う気筒に対向する位置に配置されるとともに、前記燃焼室内において、圧縮行程上死点後、少なくとも前記燃焼室における熱の移動量が最も大きくなる位置を超えるまでの間、上死点において前記トップリング溝に対向する位置にまで至りボア壁面を露出させないように盛り上がった形状に形成された部分と、を有するエンジンのピストン。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンのピストンであって、
前記旋回気流がタンブル流であり、
前記部分を形成するにあたり、圧縮行程上死点後、少なくとも前記燃焼室における熱の移動量が最も高くなる位置を超えるまでの間を、圧縮行程上死点後、クランク角度が圧縮行程上死点を始点として３０°から５０°までの範囲内に含まれる所定角度を超えるまでの間としたエンジンのピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンのピストンに関し、特に燃焼室内に旋回気流が生成される多気筒エンジンについてのエンジンのピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼室内にタンブル流やスワール流などの旋回気流を生成するエンジンが知られている。かかるエンジンでは、強度の高い旋回気流を生成することで混合気の乱れを増大させることができ、これにより燃焼速度を向上させ、高速燃焼を行うことで燃焼および燃費を改善できる。この点、タンブル流を生成するエンジンに関する技術である点で、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１で開示されている。このほかピストンにつき、本発明と関連性があると考えられる構造を開示した技術が例えば特許文献２または３で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４６４５７号公報
【特許文献２】特開平１１−２００９４６号公報
【特許文献３】実開平０５−３８３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで多気筒エンジンでは構造上、シリンダ間に形成される壁部の温度が特に上昇し易くなっている。具体的には図８に示すように、（ａ）に示すシリンダ間に形成される壁部の温度は、（ｂ）に示すエンジン吸気側に形成されるシリンダ壁部の温度と比較して、エンジンの運転状態すべてにおいて高くなっている。また、エンジンの運転状態が低回転低負荷の運転領域から高回転高負荷の運転領域に向かって変化する場合、（ａ）に示す温度は（ｂ）に示す温度と比較してより大きな度合いで高まるようになっている。この点、シリンダ間に形成される壁部の温度上昇はエンジンオイルの異常消費を招くことが考えられるところ、特に高速燃焼を行うエンジンで高回転高負荷運転時に発生することが懸念される。そして、かかる温度上昇は特に燃費を改善すべく高速燃焼を行うエンジンにおいて、燃費向上の妨げとなる虞がある点で問題があった。【０００５】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、多気筒エンジンの気筒間に形成される壁部の温度上昇を好適に抑制可能なエンジンのピストンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明は燃焼室内に旋回気流が生成される多気筒エンジンに用いられ、トップリング溝と、上面外周部のうち、前記多気筒エンジンにおいて隣り合う気筒に対向する位置に配置されるとともに、前記燃焼室内において、圧縮行程上死点後、少なくとも前記燃焼室における熱の移動量が最も大きくなる位置を超えるまでの間、上死点において前記トップリング溝に対向する位置にまで至りボア壁面を露出させないように盛り上がった形状に形成された部分と、を有するエンジンのピストンである。【０００７】
また本発明は前記旋回気流がタンブル流であり、前記部分を形成するにあたり、圧縮行程上死点後、少なくとも前記燃焼室における熱の移動量が最も高くなる位置を超えるまでの間を、圧縮行程上死点後、クランク角度が圧縮行程上死点を始点として３０°から５０°までの範囲内に含まれる所定角度を超えるまでの間とした構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、多気筒エンジンの気筒間に形成される壁部の温度上昇を好適に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】エンジンの概略構成図である。
【図２】エンジンの要部の水平断面図である。
【図３】エンジンのピストンを斜視図で具体的に示す図である。
【図４】エンジンのピストンの図３に示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】エンジンのピストンについての説明図である。
【図６】燃焼室における熱の移動量を示す図である。
【図７】燃焼室における熱の移動量をタンブル比に応じて示す図である。
【図８】エンジンの運転状態に応じたシリンダ周辺部の温度の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【００１１】
図１、図２に示すエンジン５０は直列４気筒の多気筒エンジンであり、本実施例にかかるエンジンのピストン（以下、単にピストンと称す）１のほか、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、吸気弁５５と、排気弁５６と、点火プラグ５７とを備えている。シリンダブロック５１には複数（ここでは４つ）のシリンダ５１ａとウォータジャケット５１ｂとが形成されている。複数のシリンダ５１ａのうち、隣り合うシリンダ間には壁部５１ｃが形成されている。シリンダ５１ａ内にはピストン１が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５３はピストン１、シリンダブロック５１およびシリンダヘッド５２に囲まれた空間として形成されている。
【００１２】
シリンダヘッド５２には吸気ポート５２ａと排気ポート５２ｂとが形成されている。吸気ポート５２ａは燃焼室５３に吸気Ｓを導き、排気ポート５２ｂは燃焼室５３のガスを排気する。吸気ポート５２ａは燃焼室５３内に旋回気流を生成するように吸気を導入する吸気導入手段となっており、燃焼室５３内に導入された吸気Ｓはタンブル流Ｔを形成する。この点、エンジン５０では、タンブル流Ｔとして、ＡＶＬシミュレーションでタンブル比（ピストン１が一往復する間にタンブル流Ｔが回転する回数）がおよそ２．０となる高タンブル比のタンブル流が生成される。シリンダヘッド５２にはこれら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸排気弁５５、５６が設けられている。またシリンダヘッド５２には、燃焼室５３の上部略中央に電極を突出させた状態で点火プラグ５７が設けられている。
【００１３】
次にピストン１について具体的に説明する。ピストン１は図３、図４に示すように上面にタンブル流Ｔを案内するキャビティ２を備えている。キャビティ２は、燃焼室５３内で吸気側と排気側とを結ぶ方向に沿ってタンブル流Ｔを案内できるように設けられている。ピストン１の外周部には複数（ここでは３本）のリング溝が形成されている。そしてこれらのうち、上面から最も近い位置に設けられたリング溝がトップリング溝３となっている。トップリング溝３を含むリング溝に設けられるピストンリングそれぞれ（図示省略）は、ボア壁面であるシリンダ５１ａの壁面のオイルを掻き落す機能や燃焼室５３の気密を保つ機能を有している。
【００１４】
このほかピストン１にはピンボス穴４が形成されている。そしてピストン１の上面外周部のうち、ピンボス穴４の延伸方向において両端に位置する部分１０それぞれは一様な平面ではなく、盛り上がった形状に形成されている。具体的には部分１０は、吸気側および排気側の両側から次第に隆起するようにして盛り上がった形状に形成されている。部分１０それぞれのうち、少なくとも一方はエンジン５０において隣り合う気筒に対向する位置に配置される部分となっている。すなわち、部分１０それぞれのうち、少なくとも一方は壁部５１ｃに対向する位置に配置される部分となっている。
【００１５】
図５に示すように、部分１０は燃焼室５３内においてさらに以下に示すように形成されている。ここで、図５ではクランク角度が４０°ＡＴＤＣである場合のピストン１を実線で示すとともに、上死点に位置する場合のピストン１を破線で示している。また位置Ｐは上死点においてトップリング溝３に対向するシリンダ５１ａの壁面の位置を示している。部分１０は燃焼室５３内において、圧縮行程上死点後、少なくとも燃焼室５３における熱の移動量を示す熱流束が最も高くなる位置を超えるまでの間、位置Ｐまでに至りシリンダ５１ａの壁面を露出させないように盛り上がった形状に形成されている。この点、部分１０が対向する壁部５１ｃのうち、位置Ｐよりも下方の部分５１ｃａは、オイル上がりによるオイルの異常消費が発生することを抑制する上で、特に温度上昇の抑制が必要な部分となっている。
【００１６】
一方、エンジン５０では熱流束が具体的には図６に示すように変化する。図６に示すように、熱流束は圧縮行程上死点後に急激に高まり、その後ピークを迎えて低下している。この点、熱流束は具体的にはクランク角度がおよそ２５°ＡＴＤＣになったときに最も高くなり、その後、クランク角度がおよそ５０°ＡＴＤＣになったときにゼロになっている。これに対して、かかる熱流束が発生する状態において部分５１ｃａを露出させないようにすれば、部分５１ｃａに火炎や燃焼ガスが接触することによる部分５１ｃａの温度上昇を抑制できることになる。
【００１７】
このため部分５１ｃａの温度上昇を抑制すべく、部分１０を形成するにあたっては、ピストン１が圧縮行程上死点後、少なくとも熱流束が最も高くなる位置（ここでは２５°ＡＴＤＣ）を超えるまでの間、位置Ｐまでに至りシリンダ５１ａの壁面を露出させないことが適当である。
また部分１０を形成するにあたっては、図６に示す熱流束の変化態様に鑑み、具体的には圧縮行程上死点後、少なくとも熱流束が最も高くなる位置を超えるまでの間を、圧縮行程上死点後、クランク角度が圧縮行程上死点を始点として３０°から５０°までの範囲内（３０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣまでの範囲内）に含まれる所定角度を超えるまでの間とすることが好ましい。
【００１８】
この点、所定角度を３０°とすることで、図６に示す熱流束のうち、ピーク値の前後に亘り熱流束が特に高くなっている部分一帯（２０°ＡＴＤＣから３０°ＡＴＤＣまでの間の部分）を部分５１ｃａへの熱移動を抑制するクランク角度の範囲Ｒ内に含めることができる。また所定角度を５０°とすることで、図６に示す熱流束を範囲Ｒ内に全体的に含めることができる。
【００１９】
一方、部分１０をより大きく盛り上がった形状に形成する場合には、その分ピストン１の重量が増大するほか、部分１０の強度に影響が及ぶ可能性も考えられる。この点、熱流束は、図６に示すように主に４０°ＡＴＤＣまでの間で大きくなっている。このため部分１０を形成するにあたっては、図６に示す熱流束の変化態様に鑑み、さらに具体的には所定角度を４０°とすることが好ましい。
この点、所定角度を４０°とすることで、所定角度が３０°の場合と比較してさらに部分５１ｃａへの熱移動を抑制でき、同時に所定角度が５０°の場合よりも部分１０を小型化することができる。
【００２０】
一方、熱流束はさらにタンブル比に応じて図７に示すように変化する。図７に示すように、熱流束のピークが形成されるクランク角度は、タンブル比（ＴＲ）が低下するに従って次第に圧縮行程上死点から離れていく。また熱流束のピーク値は、タンブル比が低下するに従って次第に小さくなる。この点、所定角度を４０°とした場合には、タンブル比が高タンブル比（ここでは具体的にはおよそ２．０）である場合（Ｔ１の場合）だけでなく、タンブル比が中タンブル比（ここでは具体的にはおよそ１．２）である場合（Ｔ２の場合）や、タンブル比が低タンブル比（ここでは具体的にはおよそ０．５）である場合（Ｔ３の場合）であっても、範囲Ｒ内に熱流束のピークを含めることができる。そして所定角度を４０°とした場合には、特にＴ２の場合にも、熱流束のピーク値が小さくなることと相俟って、部分５１ｃａへの熱移動を好適に抑制できる。このため所定角度を４０°とした場合には、さらに高タンブル比を含む幅広いタンブル比に対する適合性を好適に高めることができる。
【００２１】
一方、熱流束のピークが形成されるクランク角度は、逆に言えばタンブル比が高まるに従って次第に圧縮行程上死点に近づいていくことになる。また熱流束のピーク値は、タンブル比が高まるに従って次第に大きくなることになる。この点、タンブル比が２．０よりも高い場合には、タンブル比に応じて所定角度を４０°よりも小さい角度とすることで、所定角度を４０°とした場合と同程度に熱移動を抑制しつつ、所定角度を４０°とした場合と比較してさらに部分１０の小型化を図ることもできる。またタンブル比が２．０よりも低い場合には、タンブル比が２．０の場合よりも熱流束のピーク値が減少することになるものの、タンブル比に応じて所定角度を４０°よりも大きい角度とすることで、所定角度を４０°とした場合よりも熱移動をさらに抑制することもできる。
【００２２】
またエンジン５０では、タンブル流Ｔを旋回気流として燃焼室５３内に生成し、生成した旋回気流を圧縮行程後半まで維持するとともに崩壊させることで燃焼室５３内の雰囲気に乱れを生じさせ、これにより燃焼速度の向上を図ることで高速燃焼が行われる。この点、高速燃焼を行うエンジン５０では、燃焼速度の向上で燃焼ガスの温度が高まることや、旋回気流により温度境界層が薄くなり、この結果、熱伝達係数が大きくなることから、燃焼室５３壁面の温度がより高温になる。また高速燃焼を行うエンジン５０では、回転数が大きく負荷が高い場合ほど、単位時間あたりの発熱量が増大するとともに、旋回気流の強さが増すことで熱伝達係数がさらに大きくなる。すなわち燃焼室５３内に旋回気流を生成し、高速燃焼を行うエンジン５０では、かかる事情で壁部５１ｃの温度上昇が特に問題となる。
この点、上述のようにして部分５１ｃａの温度上昇を抑制できるピストン１は、燃焼室５３内に旋回気流を生成し、高速燃焼を行うエンジン５０に好適である。
【００２３】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例では吸気導入手段が吸気ポート５２ａである場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、吸気導入手段は、例えば吸気ポート内に設けられ、吸気の流れを制御可能な気流制御弁や、気流制御弁と吸気ポートとの組み合わせなどによって実現されてもよい。
また例えば上述した実施例では旋回気流がタンブル流Ｔである場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、旋回気流は例えばスワール流や斜めタンブル流などであってもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１      ピストン
３      トップリング溝
５０    エンジン
５１    シリンダブロック
５１ａ  シリンダ
５２    シリンダヘッド
５２ａ  吸気ポート
５３    燃焼室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011135720.tif 000009
【図８】
2011135720.tif 000010
【国際調査報告】
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